Bertil Palmgren

- Kontinuerlig utbildning..
- Flipp-Floppar som floppar.
- Felsökning med hårtork och brandsläckare
- Current on Demand eller strömleverans på
  begäran.
- Min första kontakt med Gnosjö företag.
- Kontaktproblem.
- Platsbrist i skåpramar.
- Komponent med liten cylinderhatt

I nedanstående text skall um, uS, uF läsas mikrometer, mikrosekund resp mikrofarad.

Kontinuerlig utbildning.

Kunskap och vetande utökades genom läsning av tekniska tidskrifter, litteratur, rapporter från halvledartillverkare och utbildning via kurser. Jag köpte böcker om Operatorkalkyl, Fourier- och Laplacetransform. Utbildning gjordes hemma vid skrivbordet.  Jag började få insikt om elektriska dynamiska förlopp. 

Flipp-Floppar som floppar. Flip-Flops funktionstillförlitlighet bestäms ej enbart av Ohms lag utan även av en mängd andra villkor. Exempelvis, den tid som åtgår att via ett motstånd ladda eller urladda en kondensator, är starkt beroende av ansluten spännings stig- eller falltid. Detta var ett av problemen med ångcensors databuss. Ett register består av en mängd Flip-Flop.

En klockpuls till ett register lagrar data från databussen till registret. Klockpulser distribueras från en kassett till kassetter med register. Klockpulsledningar (enkeltråd) går i ledningsstammar tillsammans med dataledningar. Dataöverföringen störs. Strökapacitanser försämrar klockpulsens stigtid vid registret. Laddningsmängden som bortförs från transistors bas är för liten. En restladdning blir kvar. Transistorn stryps ej tillräckligt, Flip-Flop floppar.

Lösning: Bättre klockpulsförstärkare. Klockpulser överfördes via tvinnade trådpar, liggande utanpå kabelstammar. Ovannämnda matningsmotståndet på 2,2 kohm minskas till 560 ohm. Tidskonstanten reduceras från 4,4 uS till 1 uS.

Motståndsbyte ( 2200 till 560 ohm ) gör att strömförbrukningen ökar med  15 mA. Byts 200 motstånd ökar strömförbrukningen med 3 A. Nya klockpulsförstärkarna ökar strömbehovet. Nya kraftaggregat behövs för leverans av  mera ”ampere”. APT-likspänningsaggregat införes. 

Felsökning med hårtork och brandsläckare

Ett telefonsamtal kom från driftsättningscentral i källaren. Kan du komma ned och mäta på en Flip-Flop. När den sitter på ett förlängningskort är funktionen OK. På plats i racken är den OK i 5 minuter, sen lägger den av. Jag kommer. Med Flip-Flop på skarvkort blåstes, från en hårtork, varmluft på kortet. Funktion kontrollerades med oscilloskop. Allt eftersom kortet blev varmt var funktionen OK, fel, OK, fel, o s v. När kortet var brännhet var funktionen OK. Ett värmeproblem ?. Vad händer när kortet kyls ner?

På väggen hängde en kolsyrebrandsläckare. Jag visste att när kolsyra i gasform expanderar bildas kolsyresnö, vars temperaturen är lägre än – 40 gr. C. En kort dusch och FFn blev vit av kolsyresnö. Till min förvåning fungerade FF! Kolsyresnön smälte och FFns funktion kontrollerades med oscilloskop. Samma funktionsmönster som vid uppvärmning. Inom temperaturområdet –50 till 70 gr. C  finns temperaturintervall med fungerande FF. Något var fel, men vad?

Byte till nya ASZ21. Med samma testprocedur fungerade FFn hela temperaturområdet. Nu stämde teori och praktik. De felande transistorerna lades i en liten papplåda. Jag bad driftsättarna att lägga transistorer med liknande symptom  i lådan. När antalet transistorer i lådan var 10 st. ring mig. Samtalet kom två veckor senare. Jag tog lådan och gick till fysiklabb.

Röntgen av transistorerna visade att bondtrådar ( guldtråd, diameter = 0,1 mm ) från anslutningstrådar till transistorchips hade en dragning, som mera liknade en tredimensionell parallellslalom bana än som det borde vara, två skilda störtlopp banor. Avtagning av ASZ21s ”cylinderhatt” visade att luftgapet mellan bondtrådar var på sina ställen i um i stället för mm. Varför?

Philips hade byggt en ny fabrik för transistor tillverkning. Innan maskiner flyttades över från den gamla fabriken, tillverkades transistorer för 6 månaders försäljning. Transistorförsäljningen  blev större än prognos. Lagret tömdes på 3 månader. När lagret var tomt kom vår beställning. Den nya fabriken var ej i drift. Leveranstid omkring 4 månader. Oacceptabelt sa vi och hänvisade till upprättat leveranskontrakt. Någon hos Philips erinrade sig i lagret ha sett ett parti ASZ21.

Under tillverkningen till 6 månaders lagret, hade en trådbondmaskin börjat med slalombanor för bondtrådar. Kontrollmätningar längs produktionslinan gav OK för mätvärden. Men procenten kassation hade ökat mer än normalt. Två tillverkningsomgångar placerades på hylla i lager för senare analys. Den blev aldrig av då kvalitetskontrollens personal flyttade till den nya fabriken. Vi fick nya transistorer som ersatte de felande samt ersättning för kostnaden för transistorbyte. 

Current on Demand eller strömleverans på begäran.

Data överförs mellan skåpen på bussledningen. Bussledningen är uppdelad i tre delar. Adressbuss, databuss och styrsignalbuss. Med många ”ettor” på 40 bits databussen, blev det fel i dataöverföring. 

Ett tvinnat trådpar för en databit har en impedans omkring 120 ohm. Bussledningsanpassaren ser för varje databit, åt höger som vänster impedansen 120 ohm. Med 6 volts spänningssving behövs momentant 100 mA per databit. Med 40 databitar behövs direkt 4 ampere. Dynamiskt förlopp gör att strömbehovet minskar till 50 mA per databit eller totalt 2,0 Ampere.  

Bussledningsanpassaren sitter i botten av skåpet och kraftaggregaten högst upp. Likspänning från kraftaggregat seriekopplas till varje kassett med en ledning, area 2 kvadrat mm och med 1 mm tjock PVC isolering. Kabellängd 1,2m, kabeldiameter 4 mm. Max DC-spänningsfall per ledning 50 mV.

På varje kassettgavel finns för varje spänning, 1000 uF elektrolyt kondensator. Spännings matningen är en transmissionsledning med löptid omkring 10 us från kraftaggregat till bussledningsanpassare. Kraftaggregatets reglerkretsar behöver tid för att öka ampere leveransen.  Total tidsfördröjning från ”amperebehov” i bussledningsanpassaren tills ”amperen” kommer fram  är omkring 30-40 us. 

Innan ”amperen” hinner fram minskar strömförsörjningsspänningen i bussledningsanpassaren. Dataöverföringen blir instabil och felande data överförs. När ”amperen” kommer fram till bussledningsanpassaren har strömbehovet avtagit. Det tar ytterligare 30-40 us innan minskad ”ampere leverans” från kraftaggregatets reglerkretsar ger sig tillkänna.

Kjell Wester visade mig, hur han kunde få likspänningsmatningen att oscillera med frekvensen 35 kHz. Amplitudens topp-till-topp-värde var betydligt större än tillåtna toleransvärde gränser.

Kondensator kan betraktas som en temporär ” amperekälla” med konstant spänning. Fördelning och fastlödning av 1000 uF elektrolyt kondensator längs efter bussledningsanpassaren kassetts kretskort stift löste problemet. Men luftspalten mellan kassetter för fram och baksidas skåpram var för litet för att elektrolyt kondensatorer skulle få plats.  

Min första kontakt med Gnosjö företag.

Stig Martin Eriksson gav tips på ett Gnosjö företag som hade stort sortiment av komponenter för montering av elektronik-komponenter. Tantalyter var betydligt billigare än 1955 års prisnivå. Tantalyten har betydligt bättre elektriska egenskaper och mindre dimensioner än elektrolyter.

Gnosjöfabriken saluförde ett stift, med lödöra i ena ändan och en hylsa i den andra. Hylsan löddes fast på kretskortstift för spänningsmatning och tantalyts anslutningstrådar anslöts till lödörat.

En mängd tantalyter löddes fast längs kassettens spänningsmatning. En tantalyt med kapacitansen 100 uF, får en spänningssänkning på 0,01 volt för ett strömuttag på 1 A under 1us.  

Kontaktproblem.

Kablar för likspänning löds med ” lödspiral” till skåprams LME kontakter. Kassetts kontaktelement är ett flatstift, ramsidan ett gaffelliknande kontaktelement. Gaffelflatstiftet måste vara rörligt, för att undvika att gaffeln deformeras.

När kassett svängdes in till låst läge i ramen och gaffelkontaktelementet är fixerat, deformerades detta, glappkontakt uppstår. Med hjälp av spetstång kunde deformeringen korrigeras. Idén med löstagbara kassetter var att ledningsdragning i kassett görs separat från ledningsdragning i skåpramar, parallell tillverkning. Det andra idén var, inträffar ett funktions fel i en kassett, finns på installationsplatsen en reserv för snabbt utbyte. Av kostnadsskäl och av andra orsaker köpte kunden ej denna option. De satsade istället på felsökningsmetoder som snabbt kunde lokalisera felande kretskort.    
 

Platsbrist i skåpramar. Permanent minnet var tänkt att ta en kassettplats. Det blev två. Bussledningsanpassaren och anpassare till ferritkärnminnet var tänkt att ta två kassettplatser. Det blev tre kassettplatser. Antal kretskort för anpassning mellan ferritkärnminnet och skåps databuss och busslednings anpassaren blev flera än vad som beräknats.

Platsbristen löses med fler funktioner på kretskort. Från två vippor skulle det nu packas med  4 st vippor per kretskort. Skickliga kretskortlayoutare lyckades placera alla komponenter.
I bland trodde jag att det ej var genomförbart p g a stort antal komponenter.  

Komponent med liten cylinderhatt

Germaniumtransistorn ASZ21 hade först en låg cylinderhattliknande guldpläterad metallkapsel, som senare blev förtennat. Transistorns kollektor var ansluten till metallkapseln.  År 1962 var inköpspriset  25:- kr st. Tillverkningsprocessen gav stora variationer i strömförstärkning ( 10 – 60 ggr ) och den s k gränsfrekvensen.

Kretskonstruktions direktiv, dimensionera för kombinationer av värsta fall. Strömförsörjnings spänningar ( +12V, +6V, 0V(ref), -6V ), och massamotstånd med tolerans +/- 10 %. Keramik kondensatorer med tolerans + 50%, - 25%.

Jämförelse mellan beräkningar och mätningsresultat gjorde att jag började misstänka att något var fel. Motstånd borde ha en Gauss fördelning, med medelvärdet =  nominellt värde och maximal spridning efter toleransgraden ( +/- 10% ). Med hjälp av en mätbryggor började jag mäta komponent data och göra statistisk bearbetning. Resultat, motståndsvärden låg i ett smalt område vid toleransgräns.

Jag kontaktade Arne Bergqvist komponentspecialist. Han berättade att tillverkning av massamotstånd ger stor spridning på värden. I slutet av produktionslinan finns en automatisk mätstation som mäter motståndsvärdet. Sortering görs för toleransgrader om 5% och 10%. Detta  gav förklaring  till mätvärden kring toleransgräns. Arne berättade vidare. Belastar man massa motstånd med märkeffekten åldras motståndsvärdet mer än toleransvärdet. Alltså belasta massamotstånd  maximalt med halva märkeffekten.

Mätning av keramik kondensatorer gav liknande resultat. Mätning av transistors strömförstärkning visade gränsvärden mellan 25 – 70 gånger och att gränsfrekvensen var betydligt större än databladets värde. Transistor tillverkarna hade lärt sig att kontrollera processparametrar. Jag övergav den rekommenderade värsta fallet metoden och använde mig av realistiska  konstruktionsregler.

Massa motstånden ersattes med kolfilm dito ( +/- 5% ), som i sin tur ersattes av metallfilmmotstånd.  Tumregel, max belastning 75% av märkeffekten. Det fanns  små trådlindade motstånd på keramikkropp.  Med max tillåten effektbelastning blev motståndets yttemperatur 250 gr C. 

Kretskort med buktiga tendenser

Konstruktionsdirektiv för kretskort: Epoxipapper laminat med ensidigt kopparfolie. Kortplats brist gjorde att fler funktioner behövdes på kretskort.  Med ökad komponent täthet behövdes kopparfolie på båda sidor av kretskort. Alla komponenter monterades på en kortsida. Komponents anslutningstrådar eller dito ben löddes på den andra sidan.

Mekaniska spänningar gjorde att kretskortet buktade ut sig. Med plant kort var maximal komponenthöjd 8 mm. Luftspalt 2 mm till intilliggande korts lödsida. Buktigt kort gjorde att transistors metallkapsel kom i kontakt med intilliggande korts lödsida. Transistorns kollektor var ansluten metallkapsel. Resultat obegripliga fel och funktionsfel. Lösning ett 0,3 mm epoxipappers laminat sattes in mellan korten.

Motståndskropp med hög yttemperatur förgasade epoxin  i epoxipapper laminatet. Därefter började papperet att  förkolna. Högeffektsmotstånd monterades med steatitpärlor.

Epoxipapperslaminat korten ersattes med epoxiglasfiberväv. Glasväven gjorde korten styvare. Kortutbuktningen blev minimal.
 

Fortsättning följer med avsnitt 4: DISKRET KISEL ERA:
- Teknisk utveckling
- Kärnminnen
- Minnesbandbredd
- Utveckling av minnen till år 2002.
- Skivminnen, diskminnen eller hårddiskminnen 
...som du kan se här.

/Bertil Palmgren
2002-12-12

Vill du kommentera texten?
Skicka ett mail till Bertil eller Web-ansvarig.